Samoorganizacja nanocząstek metali Wiktor Lewandowski, Michał Wójcik, Joanna Matraszek, Józef Mieczkowski, Damian Pociecha, Ewa Górecka wlewandowski@chem.uw.edu.pl

Synteza nanocząstek Top-down Bottom-up JONY REDUKTOR DODATKI LIGAND Au@DT Brust M., Chem. Commun. (1994) Samoorganizacja nanocząstek 2

Metoda Brusta-Shiffrin’a Synteza nanocząstek złota HAuCl4 MTOAC BRAK LIGANDU agregacja C10H21SH NaBH4 Metoda Brusta-Shiffrin’a 2 nm nanocząstki H2O MeOH, 4 ˚C Au@DT BaltChem Conference April 5, 2009 BaltChem Conference April 5, 2009 Samoorganizacja nanocząstek Metal nanoparticles self assembly

Synteza nanocząstek JONY REDUKTOR DODATKI LIGAND Au Ag Pt Co AgNO3 Co(CO)6 nano-stopy AuCl3 AuCl4- AgClO4 PtCl6- struktury typu core-shell Metal can be introduced as a simple ion from salt, a complex ion or compound. Easily reachable are nano-alloys when you mix more than one of the metal source, or core-shell structures that need seqence of metal incorporation and reduction. Samoorganizacja nanocząstek

Pseudomonas aeruginosa Synteza nanocząstek JONY Au Ag Pt Co AgNO3 Co(CO)6 nano-stopy AuCl3 AuCl4- AgClO4 PtCl6- struktury typu core-shell REDUKTOR NaBH4 Metody chemiczne Metody fizykochemiczne Metody biologiczne DODATKI LIGAND CO UV N2H4 temperatura metanol ultradźwięki kwas cytrynowy Pseudomonas aeruginosa Variety of redutors can be summarized by extraction of three synthesis methods – chemical, physicochemical and biological. It can be therefore a chemical compound known to be a good reducing agent, NaBH4, citric acid, or sometimes quite surprisingly being a one like methanol. On the contrary physicochemical methods depend on inducing a reducing force to arrise, for example UV-VIS energy that causes dissociation of substrate with free radical appearance. Husseiny, 2007 BaltChem Conference April 5, 2009 Metal nanoparticles self assembly Samoorganizacja nanocząstek

Pseudomonas aeruginosa Synteza nanocząstek IONS Au Ag Pt Co AgNO3 Co(CO)6 nano-alloys AuCl3 AuCl4- AgClO4 PtCl6- core-shell structures REDUCTOR NaBH4 Chemical methods Physicochemical methods Biological methods CO UV N2H4 temperatura metanol ultradźwięki kwas cytrynowy Pseudomonas aeruginosa DODATKI DODATKI In already described systems usually spherical nanoparticles are obtained and getting access to anisotropic products as gold nanorods for instance, require a two step method when on spherical seeds additional gold is reduceded but in the presence of silver anions.. Finally we approach surface ligands that are inevitable due to aggregation tendency of bare nanoparticles. Therefore they must appear in the system and stabilize nanoparticles either by sterical hinderence or by bearing a charge and therefore causing an electrostatic repulsion. Those surfactants are usually attached to the nanoparticle surface by one of these moieties among which thiol is the most popuklar for gold and carboxylic acids for cobalt. Some synthetic methods omit stablizing agents as for example citric acid oxidation products are stabilizing agents themselves. As I said earlier metal core is surrounded by an organic matrix. That matrix can provide additional properties to peculiar nanophase metal system. LIGAND AgNO3 AgNO3 ‘grupa dokująca’ -SH -COOH -OH -NH2 BaltChem Conference April 5, 2009 Metal nanoparticles self assembly Samoorganizacja nanocząstek

WŁAŚCIWOŚCI ORGANICZNE WŁAŚCIWOŚCI NIEORGANICZNE Właściwości nanocząstek metali SYNERGIA WŁAŚCIWOŚCI ORGANICZNE warstwa organiczna WŁAŚCIWOŚCI NIEORGANICZNE jądro magnetyczne, optyczne, elektryczne stabilizacja, rozpuszczalność, samoorganizacja zmniejszanie skali μm podwójne bottom-up % atomów powierzchniowych JONY NANOCZĄSTKI MATERIA W SKALI MAKRO kwantowanie energii nm BaltChem Conference April 5, 2009 Samoorganizacja nanocząstek Metal nanoparticles self assembly

Pierwotne opłaszczenie Au@DT Powierzchnie oczekiwane dla upakowania kul. Jednorodna wielkość nanocząstek. HCP FCC BCC HCP 74.04% FCC 74.04% BCC 68.02 % BaltChem Conference April 5, 2009 Samoorganizacja nanocząstek Metal nanoparticles self assembly

Samoorganizacja w chemii What for? BaltChem Conference April 5, 2009 Metal nanoparticles self assembly Samoorganizacja nanocząstek

Samoorganizacja w chemii KSZTAŁT MOLEKUŁY MOLEKUŁA MEZOGENICZNY? nie Kanayama et al., (2001) POM – nie DSC - tak In et al. (2005) nie Marx et al., (2008) nie Kumar et al., (2007) BaltChem Conference April 5, 2009 Samoorganizacja nanocząstek

Samoorganizacja w chemii KSZTAŁT MOLEKUŁY MOLEKUŁĄ MEZOGENICZNY? faza kubiczna tylko WAXD/SAXS Donnio et al., (2007) Cseh and Mehl, (2006, 2009) BaltChem Conference April 5, 2009 Samoorganizacja nanocząstek

Nasze badania BaltChem Conference April 5, 2009 Samoorganizacja nanocząstek

Nasze badania 1 2 BaltChem Conference April 5, 2009 Samoorganizacja nanocząstek

Nasze badania Au@1 BCO Au@1 Au@2 Au@1 BaltChem Conference April 5, 2009 BaltChem Conference April 5, 2009 Samoorganizacja nanocząstek Metal nanoparticles self assembly

Ujemny współczynnik załamania światła Outline Metamateriały Metamateriały to sztucznie wytworzone materiały wykazujące odpowiedź elektromagnetyczną nie znane w naturze. Ujemny współczynnik załamania światła Metamateriały z nanocząstek?? Pendry model; PRL (2000) BaltChem Conference April 5, 2009 BaltChem Conference April 5, 2009 Samoorganizacja nanocząstek Metal nanoparticles self assembly

Dziękuję za uwagę!! Izolacja BaltChem Conference April 5, 2009 Metal nanoparticles self assembly Samoorganizacja nanocząstek

Outline Synteza biologiczna P. aeruginosa wielkość zależna od gatunku (40, 25, 15 nm) duży rozrzut wielkości (+/- 30%) Thermonospora sp. wielkość 8nm mały rozrzut wielkości Lactobacillus sp. dwa typy nanocząstek (20-30 i ponad100 nm) Mikroorganizm Typ nanocząstek Lokalizacja syntezy Bibliografia Pseudomonas aeruginosa Au pozakomórkowa Husseiny, 2007 Thermonospora sp. Ahmad, 2003 Lactobacillus sp. AuAg wewnątrzkomórkowa Nair, 2002 Wiosenny Zjazd PTTChem 22-26 kwietnia 2009 BaltChem Conference April 5, 2009 Samoorganizacja nanocząstek